CN115801969A - 视频数据处理方法、视频显示方法及装置、电子设备及可读存储介质 - Google Patents

视频数据处理方法、视频显示方法及装置、电子设备及可读存储介质 Download PDF

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CN115801969A
CN115801969A CN202211409755.8A CN202211409755A CN115801969A CN 115801969 A CN115801969 A CN 115801969A CN 202211409755 A CN202211409755 A CN 202211409755A CN 115801969 A CN115801969 A CN 115801969A
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耿晨晖
李勇鹏
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Abstract

本发明涉及一种视频数据处理方法、视频显示方法及装置、电子设备及可读存储介质，该方法通过对映射曲线构建方法的改进，提升了终端设备显示SDR视频时的显示效果，具体原因为：相比现有技术，每帧视频图像的映射曲线是实时动态构建的，而不是单一不变的gamma曲线；另外，本发明提供的技术方案，在构建每帧视频图像的映射曲线时，由于考虑到了映射前该帧视频图像的显示特征，和，映射后终端设备的显示特征，这就使得包含不同的画面色调的视频图像，能适配不同显示特征的终端设备，保证显示画面不失真，因此，克服了现有技术中直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备导致终端设备显示效果欠佳的问题。

Description

视频数据处理方法、视频显示方法及装置、电子设备及可读存 储介质
技术领域
本发明涉及图像显示技术领域，具体涉及一种视频数据处理方法、视频显示方法及装置、电子设备及可读存储介质。
背景技术
随着电子产业的飞速发展，显示屏技术有了重大革新，从CRT(Cathode Ray Tube，阴极射线显像管)发展到LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)、OLED(OrganicLight Emitting Display，有机发光二极管显示器)、minLED(次毫米发光二极管，芯片尺寸介于50～200μm之间的LED器件)等，电子终端的显示能力有了重大提升，例如，标准CRT显示器的最大显示亮度为100nit，而当前主流的LCD、OLED显示器的最大显示亮度能达到300nit以上。
但是，相较于显示芯片，显示技术的发展还相对滞后。目前标准动态范围(SDR，Standard Dynamic Range)视频的国际通用播放标准仍然是REC.709标准，该标准规定的电光转换曲线(EOTF，Electro-Optical Transfer Function)，又通常称为gamma曲线，规定了电信号(8bit，0～255)到光信号(0.01～100nit)的转换方式。
不难发现，REC.709标准与当前终端的显示能力并不匹配，市面上绝大多数的电子产品都忽略了这个问题，一般直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备，从而在一定程度上导致终端设备显示SDR视频时，显示效果欠佳，具体表现包括：
对整体明暗差别较大，并且暗部细节较为丰富的画面，经过gamma曲线的处理，暗部细节在一定程度上会被抹平，从而导致画面信息的损失，无法真实再现原始SDR视频的信息，画面色调失真等问题的出现。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中存在的问题，本发明提供视频数据处理方法、显示方法及***、电子设备及可读存储介质，以解决现有技术中直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备导致终端设备显示效果欠佳的问题。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种视频数据处理方法，包括：
对待显示的标准动态范围视频，计算每帧视频图像的亮度特征；
获取终端设备的显示特征；
对所述亮度特征归一化处理，得到归一化后的亮度特征；
根据所述显示特征和归一化后的亮度特征，为每帧视频图像构建映射曲线，所述映射曲线用于表征原始RGB电信号与修正后的RGB电信号之间的映射关系；所述原始RGB电信号为待显示的视频图像的YUV电信号转换得到的RGB电信号；所述修正后的RGB电信号为适配于终端设备的显示特征的RGB电信号。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种视频显示方法，包括：
对待显示的标准动态范围视频，根据预设的电信号转换函数，将每帧视频图像的YUV电信号转换为原始RGB电信号；
根据映射曲线，将所述原始RGB电信号映射为修正后的RGB电信号，所述映射曲线为根据上述的方法构建的映射曲线；
根据预设的电光转换函数，将所述修正后的RGB电信号转换为适配于终端设备显示特征的RGB光信号。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种视频数据处理装置，包括：
计算模块，用于对待显示的标准动态范围视频，计算每帧视频图像的亮度特征；
获取模块，用于获取终端设备的显示特征；
归一化模块，用于对所述亮度特征归一化处理，得到归一化后的亮度特征；
构建模块，用于根据所述显示特征和归一化后的亮度特征，为每帧视频图像构建映射曲线，所述映射曲线用于表征原始RGB电信号与修正后的RGB电信号之间的映射关系；所述原始RGB电信号为待显示的视频图像的YUV电信号转换得到的RGB电信号；所述修正后的RGB电信号为适配于终端设备的显示特征的RGB电信号。
根据本发明实施例的第四方面，提供一种视频显示装置，包括：
第一转换模块，用于对待显示的标准动态范围视频，根据预设的电信号转换函数，将每帧视频图像的YUV电信号转换为原始RGB电信号；
映射模块，用于根据映射曲线，将所述原始RGB电信号映射为修正后的RGB电信号，所述映射曲线为根据上述的视频数据处理方法构建的映射曲线；
第二转换模块，用于根据预设的电光转换函数，将所述修正后的RGB电信号转换为适配于终端设备显示特征的RGB光信号。
根据本发明实施例的第五方面，提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的方法。
根据本发明实施例的第六方面，提供一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的方法。
根据本发明实施例的第七方面，提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现上述的方法。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
通过对映射曲线构建方法的改进，提升了终端设备显示SDR视频时的显示效果，具体原因为：相比现有技术，每帧视频图像的映射曲线是实时动态构建的，而不是单一不变的gamma曲线；另外，现有技术在进行映射时，是不考虑待映射的视频图像的亮度特征及终端设备的显示特征，而本发明提供的技术方案，在构建每帧视频图像的映射曲线时，由于考虑到了映射前该帧视频图像的显示特征，和，映射后终端设备的显示特征，这就使得包含不同的画面色调的视频图像，能适配不同显示特征的终端设备，保证显示画面不失真，因此，克服了现有技术中直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备导致终端设备显示效果欠佳的问题。
另外，本发明提供的这种视频显示方法及装置，由于是通过改进后的映射曲线对原始RGB电信号进行亮度修正，而该映射曲线在构建时兼顾了每帧视频图像的亮度特征及终端设备的显示特征，所以再通过标准的电光转换函数将修正后的RGB电信号转换为光信号后，转换后的光信号可以适配于终端设备的显示特征，同样能克服现有技术中直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备导致终端设备显示效果欠佳的问题。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种视频数据处理方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种S型映射曲线的示意图；
图3是根据一示例性实施例示出的另一种S型映射曲线的示意图；
图4是根据一示例性实施例示出的映射曲线的示意图；
图5是根据一示例性实施例示出的一种视频显示方法的流程图；
图6是根据一示例性实施例示出的一种视频显示方法的信号流向图；
图7是根据一示例性实施例示出的一种视频数据处理装置的示意框图；
图8是根据一示例性实施例示出的一种视频显示装置的示意框图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
如背景技术所述，现有技术中直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备导致终端设备无法完美显示SDR视频的制作效果，本发明提供了以下几个示例性实施例。需要说明的是：
1、本发明各实施例所提及的“最小屏幕亮度”是指终端设备未实施本发明提供的技术方案时，播放SDR视频时最小屏幕亮度；“最大屏幕亮度”是指终端设备未实施本发明提供的技术方案时，播放SDR视频时所能达到的最大屏幕亮度；“屏幕分辨率”是指终端设备出厂自带的屏幕分辨率。
2、本发明各实施例所提及的“预设的”是指被目前主流电视、显示器所接受的REC.709标准。
图1是根据一示例性实施例示出的一种视频数据处理方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
步骤S11、对待显示的标准动态范围视频，计算每帧视频图像的亮度特征；
步骤S12、获取终端设备的显示特征；
步骤S13、对所述亮度特征归一化处理，得到归一化后的亮度特征；
步骤S14、根据所述显示特征和归一化后的亮度特征，为每帧视频图像构建映射曲线，所述映射曲线用于表征原始RGB电信号与修正后的RGB电信号之间的映射关系；所述原始RGB电信号为待显示的视频图像的YUV电信号转换得到的RGB电信号；所述修正后的RGB电信号为适配于终端设备的显示特征的RGB电信号。
需要说明的是，本实施例提供的技术方案，适用于终端设备中。所述终端设备包括：电脑端(包括服务器)，和/或，移动终端(包括但不限于：智能手机、平板电脑、VR头盔、VR眼镜等)，适用的场景包括但不限于：
1、SDR视频映射到CRT显示器进行显示；
2、SDR视频映射到LCD显示器进行显示；
3、SDR视频映射到OLED显示器进行显示；
4、SDR视频映射到minLED显示器进行显示。
另外，本实施例提供的技术方案，可用于对SDR视频的增强，适用于中低端具有视频播放能力的终端设备，作为高音画标准的视频流(例如，帧绮映画)的码流之一，可增加高音画标准的视频流的覆盖率。
本实施例提供的技术方案，对于高亮度显示屏(最大显示亮度能达到300nit以上的显示屏)显示SDR视频，可以有显著的视频画面色调失真改善效果，可以一定程度解决显示屏显示能力与SDR标准不匹配的问题。
本实施例提供的技术方案，充分考虑了视频素材特征(即本实施例提及的亮度特征)以及终端的显示能力(即本实施例提及的显示特征)，能显著提高SDR视频的播放效果。
在具体实践中，所述亮度特征至少包括亮度强度StrengthL、平均亮度AvergLuma、亮部区域和暗部区域的分界值RegionD，所述显示特征至少包括：最大屏幕亮度MaxDisplay、最小屏幕亮度MinDisplay及屏幕分辨率RES。
步骤S11中“对待显示的标准动态范围视频，计算每帧视频图像的亮度特征”，至少包括：
1、计算每帧视频图像的亮度强度，包括：
计算每帧视频图像的亮度分量Y的直方图分布HistY，并确定所述直方图分布HistY的中灰值MildGray，包括：
1)将直方图分布HistY的中灰值取为固定值，例如，取MildGray＝118；
2)将所述直方图分布HistY中亮度最大值和亮度最小值两者乘积的平方根确定为所述直方图分布HistY的中灰值，例如，取
Figure BDA0003936448660000072
其中，maxY为直方图分布HistY中亮度最大值(即横轴上的坐标最大值)，minY为直方图分布HistY中亮度最小值(即横轴上的坐标最小值)。
计算所述直方图分布HistY中，亮度值i大于所述中灰值MildGray的像素点的期望，记为所述亮度强度StrengthL，具体为：
StrengthL＝∑i＞MildGrayHistY[i]*/∑i＞MildGrayHistY[i]。
2、计算每帧视频图像的平均亮度，包括：
根据预设的电光转换函数，将视频图像的电信号转换为光信号；
Luma[i]＝EOTF709(/255)；i/255表示归一化后的电信号的像素值，Luma[i]表示转换为光信号后的像素值；函数EOTF709()表示REC.709标准规定的电光转换函数，具体为：
Figure BDA0003936448660000071
L代表输入变量，L＝i/255。
遍历所述光信号的所有亮度值，计算各亮度值Luma[i]与其对应在所述直方图分布HistY中的像素数量HistY[i]的乘积之和；
将所述乘积之和与终端设备的屏幕分辨率RES的比值，确定为所述平均亮度AvergLuma，具体为：
AvergLuma＝∑HistY[i]*Luma[i]/RES。
3、计算每帧视频图像的亮部区域和暗部区域两者之间的分界值，包括：
计算所述直方图分布HistY中，亮度值i介于零和中灰值之间[0～MildGray]的像素点的期望，记为平均暗度MeanDark；
MeanDark＝∑i∈[0,MildGray]HistY[i]*i/∑i∈[0,MildGray]HistY[i]
计算平均暗度与中灰值的平均值，并将所述平均值确定为所述分界值RegionD，具体为：
Figure BDA0003936448660000081
步骤S13中“对所述亮度特征归一化处理，得到归一化后的亮度特征”，具体为：
归一化后的亮度强度StrengthL’＝StrengthL/255；
归一化后的平均强度AvergLuma’＝AvergLuma/255；
归一化后的分界值RegionD’＝RegionD/255；
255表示像素点的最大像素值。
步骤S14中“根据所述显示特征和归一化后的亮度特征，为每帧视频图像构建映射曲线”，包括：
1、根据所述显示特征和归一化后的亮度特征，确定标准S型映射曲线的参数值，包括：
根据所述显示特征和当前帧视频图像归一化后的亮度特征，确定当前帧视频图像的亮度区域的S型映射曲线的函数表达式，及，当前帧视频图像的暗部区域的线性映射直线的函数表达式；
将所述线性映射直线及S型映射曲线组成的分段函数，确定为当前帧视频图像的映射曲线。
其中，所述根据所述显示特征和当前帧视频图像归一化后的亮度特征，确定当前帧视频图像的亮度区域的S型映射曲线的函数表达式，包括：
从预设的多条标准S型映射曲线中任选一条曲线；
根据预先生成的参数计算公式，计算该曲线的参数值，所述参数计算公式与所述显示特征和当前帧视频图像归一化后的亮度特征相关。
所述参数计算公式通过如下方法预先生成，包括：
获取多组显示特征和归一化后的亮度特征，对每组显示特征和归一化后的亮度特征重复执行以下操作，直至输出的S型映射曲线在不同的显示特征和归一化后的亮度特征下，其曲线形态都符合预期曲线形态，将此时的参数计算公式确定为当前标准S型映射曲线的参数计算公式；所述操作包括：
对任一标准S型映射曲线，将一组显示特征和归一化后的亮度特征，代入到预设的参数计算公式中，得到一组参数值；
将所述参数值代入到当前标准S型映射曲线的函数表达式中，输出一条S型映射曲线；
调整所述参数计算公式，直至输出的S型映射曲线的曲线形态符合预期曲线形态的S型映射曲线的曲线形态。
其中，预期曲线形态是指满足预设约束条件的曲线形态，所述预设约束条件包括：
(1)屏幕亮度越小，S型映射曲线的曲率越小，即整体形态接近于线性；
(2)亮度强度StrengthL’越大，S型映射曲线的曲率越小；
(3)平均亮度AvergLuma’越小，S型映射曲线的曲率越大。
在具体实践中，所述根据预先生成的参数计算公式，计算该曲线的参数值，包括：
(1)参见图2(图2中横轴的1代表像素值255，纵轴的1代表像素值255)，若选取的标准S型映射曲线的函数表达式为：
F(L)＝((mp*L)/((mp-1)*+1))3.2+deltaM(1)，L表示原始RGB电信号归一化后的像素值，L＝i/255，F(L)表示修正后的RGB电信号归一化后的像素值；且，所述亮度特征至少包括：亮度强度、平均亮度、亮部区域和暗部区域两者之间的分界值，所述显示特征至少包括：最大屏幕亮度、最小屏幕亮度及屏幕分辨率，则：
根据如下公式(2)求解参数mp的上限值：
Figure BDA0003936448660000091
MaxDisplay表示最大屏幕亮度；
根据如下公式(3)求解参数mp的具体值：
Figure BDA0003936448660000101
strengthL’表示归一化后的亮度强度，mpMax表示mp的上限值；
根据如下公式(4)更新参数mp的具体值：
Figure BDA0003936448660000102
AvergLuma’表示归一化后的平均亮度；
根据如下公式(5)求解参数deltaM：
Figure BDA0003936448660000103
MinDisplay表示最小屏幕亮度，RegionD’表示归一化后的亮部区域和暗部区域的分界值，EOTF709()表示REC.709标准规定的电光转换函数。
(2)参见图3(图3中横轴的1代表像素值255，纵轴的1代表像素值255)，若选取的标准S型映射曲线的函数表达式为：
F(L)＝(3+deltaP)*L2*(1-)2+p*L3*(1-L)+L4(6)，L表示原始RGB电信号归一化后的像素值，L＝i/255，F(L)表示修正后的RGB电信号归一化后的像素值；且，所述亮度特征至少包括：亮度强度、平均亮度、亮部区域和暗部区域两者之间的分界值，所述显示特征至少包括：最大屏幕亮度、最小屏幕亮度及屏幕分辨率，则：
根据如下公式(7)求解参数p的上限值：
Figure BDA0003936448660000104
MaxDisplay表示最大屏幕亮度；
根据如下公式(8)求解参数p的具体值：
Figure BDA0003936448660000105
strengthL’表示归一化后的亮度强度，pMax表示p的上限值；
根据如下公式(9)更新参数p的具体值：
Figure BDA0003936448660000106
AvergLuma’表示归一化后的平均亮度；
根据如下公式(10)求解参数deltaP：
Figure BDA0003936448660000111
MinDisplay表示最小屏幕亮度，RegionD’表示归一化后的亮部区域和暗部区域的分界值，EOTF709()表示REC.709标准规定的电光转换函数。
2、若所述亮度特征包括：亮部区域和暗部区域两者之间的分界值，所述根据所述显示特征和当前帧视频图像归一化后的亮度特征，确定当前帧视频图像的暗部区域的线性映射直线的函数表达式，包括：
(1)根据所述显示特征，确定所述线性映射直线的斜率的极限值，包括：
计算所述最大屏幕亮度MaxDisplay的倒数，与，预设固定常数(例如100)的乘积；
求所述乘积的预设次幂，例如，C0次幂，并将所得结果确定为所述线性映射直线的斜率的极限值SlopeLimit，所述预设次幂C0与所述最小屏幕亮度相关，具体为：
Figure BDA0003936448660000112
其中，C0的值与最小屏幕亮度MinDisplay相关：
Figure BDA0003936448660000113
(2)确定所述亮部S型映射曲线上，归一化后的分界值所对应的纵坐标，具体为：
将RegionD’代入上述公式(1)或公式(6)所得的数值F(RegionD’)。
(3)将所述纵坐标与归一化后的分界值的比值F(RegionD’)/(RegionD’)确定为参考斜率。
(4)比较所述斜率的极限值与参考斜率的大小，将两者的最小值确定为所述暗部线性映射直线的斜率Slope，具体为：
Figure BDA0003936448660000114
(5)根据所述斜率，及，归一化后的所述分界值，确定当前帧视频图像的暗部区域的线性映射直线的函数表达式，具体为：
TM(L)＝Slope*L,L≤RegionD′。
3、参见图4(图4中横轴的1代表像素值255，纵轴的1代表像素值255)，将所述线性映射直线及S型映射曲线组成的分段函数，确定为当前帧视频图像的映射曲线TM(L)，具体为：
Figure BDA0003936448660000121
L表示原始RGB电信号归一化后的像素值，L＝i/255。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过对映射曲线构建方法的改进，提升了终端设备显示SDR视频时的显示效果，具体原因为：相比现有技术，每帧视频图像的映射曲线是实时动态构建的，而不是单一不变的gamma曲线；另外，现有技术在进行映射时，是不考虑待映射的视频图像的亮度特征及终端设备的显示特征，而本实施例提供的技术方案，在构建每帧视频图像的映射曲线时，由于考虑到了映射前该帧视频图像的显示特征，和，映射后终端设备的显示特征，这就使得包含不同的画面色调的视频图像，能适配不同显示特征的终端设备，保证显示画面不失真，因此，克服了现有技术中直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备导致终端设备显示效果欠佳的问题。
图5是根据一示例性实施例示出的一种视频显示方法的流程图，图6是该方法的信号流向图，如图5和图6所示，该方法包括：
步骤S21、对待显示的标准动态范围视频，根据预设的电信号转换函数，将每帧视频图像的YUV电信号转换为原始RGB电信号；
步骤S22、根据映射曲线，将所述原始RGB电信号映射为修正后的RGB电信号，所述映射曲线根据上述的视频数据处理方法构建；
步骤S23、根据预设的电光转换函数，将所述修正后的RGB电信号转换为适配于终端设备显示特征的RGB光信号。
需要说明的是，本实施例提供的技术方案，适用于终端设备中。所述终端设备包括：电脑端(包括服务器)，和/或，移动终端(包括但不限于：智能手机、平板电脑、VR头盔、VR眼镜等)，适用的场景包括但不限于：
1、SDR视频映射到CRT显示器进行显示；
2、SDR视频映射到LCD显示器进行显示；
3、SDR视频映射到OLED显示器进行显示；
4、SDR视频映射到minLED显示器进行显示。
另外，本实施例提供的技术方案，可用于对SDR视频的增强，适用于中低端具有视频播放能力的终端设备，作为高音画标准的视频流(例如，帧绮映画)的码流之一，可增加高音画标准的视频流的覆盖率。
本实施例提供的技术方案，对于高亮度显示屏(最大显示亮度能达到300nit以上的显示屏)显示SDR视频，可以有显著的视频画面色调失真改善效果，可以一定程度解决显示屏显示能力与SDR标准不匹配的问题。
本实施例提供的技术方案，充分考虑了视频素材特征(即本实施例提及的亮度特征)以及终端的显示能力(即本实施例提及的显示特征)，能显著提高SDR视频的播放效果。
可以理解的是，本实施例提供的这种视频显示方法，由于是通过改进后的映射曲线对原始RGB电信号进行亮度修正(改进后的映射曲线的有益效果参见上一实施例的记载，本实施例不再赘述)，而该映射曲线在构建时兼顾了每帧视频图像的亮度特征及终端设备的显示特征，所以再通过标准的电光转换函数将修正后的RGB电信号转换为光信号后，转换后的光信号可以适配于终端设备的显示特征，同样能克服现有技术中直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备导致终端设备显示效果欠佳的问题。
图7是根据一示例性实施例示出的一种视频数据处理装置100的示意框图，如图7所示，该***100包括：
计算模块101，用于对待显示的标准动态范围视频，计算每帧视频图像的亮度特征；
获取模块102，用于获取终端设备的显示特征；
归一化模块103，用于对所述亮度特征归一化处理，得到归一化后的亮度特征；
构建模块104，用于根据所述显示特征和归一化后的亮度特征，为每帧视频图像构建映射曲线，所述映射曲线用于表征原始RGB电信号与修正后的RGB电信号之间的映射关系；所述原始RGB电信号为待显示的视频图像的YUV电信号转换得到的RGB电信号；所述修正后的RGB电信号为适配于终端设备的显示特征的RGB电信号。
需要说明的是，本实施例提供的技术方案，适用于终端设备中。所述终端设备包括：电脑端(包括服务器)，和/或，移动终端(包括但不限于：智能手机、平板电脑、VR头盔、VR眼镜等)，适用的场景包括但不限于：
1、SDR视频映射到CRT显示器进行显示；
2、SDR视频映射到LCD显示器进行显示；
3、SDR视频映射到OLED显示器进行显示；
4、SDR视频映射到minLED显示器进行显示。
另外，本实施例提供的技术方案，可用于对SDR视频的增强，适用于中低端具有视频播放能力的终端设备，作为高音画标准的视频流(例如，帧绮映画)的码流之一，可增加高音画标准的视频流的覆盖率。
本实施例提供的技术方案，对于高亮度显示屏(最大显示亮度能达到300nit以上的显示屏)显示SDR视频，可以有显著的视频画面色调失真改善效果，可以一定程度解决显示屏显示能力与SDR标准不匹配的问题。
本实施例提供的技术方案，充分考虑了视频素材特征(即本实施例提及的亮度特征)以及终端的显示能力(即本实施例提及的显示特征)，能显著提高SDR视频的播放效果。
需要说明的是，由于上述各模块的实现方式及有益效果可参考前述实施例中对应步骤的详细阐述，本实施例不再赘述。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过对映射曲线构建方法的改进，提升了终端设备显示SDR视频时的显示效果，具体原因为：相比现有技术，每帧视频图像的映射曲线是实时动态构建的，而不是单一不变的gamma曲线；另外，现有技术在进行映射时，是不考虑待映射的视频图像的亮度特征及终端设备的显示特征，而本实施例提供的技术方案，在构建每帧视频图像的映射曲线时，由于考虑到了映射前该帧视频图像的显示特征，和，映射后终端设备的显示特征，这就使得包含不同的画面色调的视频图像，能适配不同显示特征的终端设备，保证显示画面不失真，因此，克服了现有技术中直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备导致终端设备显示效果欠佳的问题。
图8是根据一示例性实施例示出的一种视频显示装置200的示意框图，如图8所示，该***200包括：
第一转换模块201，用于对待显示的标准动态范围视频，根据预设的电信号转换函数，将每帧视频图像的YUV电信号转换为原始RGB电信号；
映射模块202，用于根据映射曲线，将所述原始RGB电信号映射为修正后的RGB电信号，所述映射曲线根据上述的视频数据处理方法构建；
第二转换模块203，用于根据预设的电光转换函数，将所述修正后的RGB电信号转换为适配于终端设备显示特征的RGB光信号。
需要说明的是，本实施例提供的技术方案，适用于终端设备中。所述终端设备包括：电脑端(包括服务器)，和/或，移动终端(包括但不限于：智能手机、平板电脑、VR头盔、VR眼镜等)，适用的场景包括但不限于：
1、SDR视频映射到CRT显示器进行显示；
2、SDR视频映射到LCD显示器进行显示；
3、SDR视频映射到OLED显示器进行显示；
4、SDR视频映射到minLED显示器进行显示。
另外，本实施例提供的技术方案，可用于对SDR视频的增强，适用于中低端具有视频播放能力的终端设备，作为高音画标准的视频流(例如，帧绮映画)的码流之一，可增加高音画标准的视频流的覆盖率。
本实施例提供的技术方案，对于高亮度显示屏(最大显示亮度能达到300nit以上的显示屏)显示SDR视频，可以有显著的视频画面色调失真改善效果，可以一定程度解决显示屏显示能力与SDR标准不匹配的问题。
本实施例提供的技术方案，充分考虑了视频素材特征(即本实施例提及的亮度特征)以及终端的显示能力(即本实施例提及的显示特征)，能显著提高SDR视频的播放效果。
需要说明的是，本实施例所提及的“预设的”是指被目前主流电视、显示器所接受的REC.709标准。预设的电信号转换函数及预设的电光转换函数，REC.709标准中皆有公开，本实施例不再赘述。
可以理解的是，本实施例提供的这种视频显示装置，由于是通过改进后的映射曲线对原始RGB电信号进行亮度修正(改进后的映射曲线的有益效果参见上一实施例的记载，本实施例不再赘述)，而该映射曲线在构建时兼顾了每帧视频图像的亮度特征及终端设备的显示特征，所以再通过标准的电光转换函数将修正后的RGB电信号转换为光信号后，转换后的光信号可以适配于终端设备的显示特征，同样能克服现有技术中直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备导致终端设备显示效果欠佳的问题。
根据一示例性实施例示出的一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的方法。
需要说明的是，电子设备包括但不限于：智能终端(例如，手机、平板电脑、智能手表等)和计算机设备。
所述处理器包括但不限于：CPU、单片机、PLC控制器、FPGA控制器等。
所述存储器可以包括易失性存储器形式的计算机***可读介质，例如随机存取存储器(RAM)和/或高速缓存存储器；还可以包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机***存储介质。存储器可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过对映射曲线构建方法的改进，提升了终端设备显示SDR视频时的显示效果，具体原因为：相比现有技术，每帧视频图像的映射曲线是实时动态构建的，而不是单一不变的gamma曲线；另外，现有技术在进行映射时，是不考虑待映射的视频图像的亮度特征及终端设备的显示特征，而本实施例提供的技术方案，在构建每帧视频图像的映射曲线时，由于考虑到了映射前该帧视频图像的显示特征，和，映射后终端设备的显示特征，这就使得包含不同的画面色调的视频图像，能适配不同显示特征的终端设备，保证显示画面不失真，因此，克服了现有技术中直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备导致终端设备显示效果欠佳的问题。
另外，本实施例提供的这种视频显示方法及装置，由于是通过改进后的映射曲线对原始RGB电信号进行亮度修正，而该映射曲线在构建时兼顾了每帧视频图像的亮度特征及终端设备的显示特征，所以再通过标准的电光转换函数将修正后的RGB电信号转换为光信号后，转换后的光信号可以适配于终端设备的显示特征，同样能克服现有技术中直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备导致终端设备显示效果欠佳的问题。
根据一示例性实施例示出的一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其中，所述计算机指令用于使所述计算机执行上述的方法。
根据一示例性实施例示出的一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现上述的方法。
本实施例公开的计算机可读存储介质包括但不限于：电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的***、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行***、装置或者器件使用或者与其结合使用。
可以理解的是，本实施例提供的技术方案，通过对映射曲线构建方法的改进，提升了终端设备显示SDR视频时的显示效果，具体原因为：相比现有技术，每帧视频图像的映射曲线是实时动态构建的，而不是单一不变的gamma曲线；另外，现有技术在进行映射时，是不考虑待映射的视频图像的亮度特征及终端设备的显示特征，而本实施例提供的技术方案，在构建每帧视频图像的映射曲线时，由于考虑到了映射前该帧视频图像的显示特征，和，映射后终端设备的显示特征，这就使得包含不同的画面色调的视频图像，能适配不同显示特征的终端设备，保证显示画面不失真，因此，克服了现有技术中直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备导致终端设备显示效果欠佳的问题。
另外，本实施例提供的这种视频显示方法及装置，由于是通过改进后的映射曲线对原始RGB电信号进行亮度修正，而该映射曲线在构建时兼顾了每帧视频图像的亮度特征及终端设备的显示特征，所以再通过标准的电光转换函数将修正后的RGB电信号转换为光信号后，转换后的光信号可以适配于终端设备的显示特征，同样能克服现有技术中直接使用gamma曲线将SDR视频映射到终端设备导致终端设备显示效果欠佳的问题。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行***执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (18)

1.一种视频数据处理方法，其特征在于，包括：
对待显示的标准动态范围视频，计算每帧视频图像的亮度特征；
获取终端设备的显示特征；
对所述亮度特征归一化处理，得到归一化后的亮度特征；
根据所述显示特征和归一化后的亮度特征，为每帧视频图像构建映射曲线，所述映射曲线用于表征原始RGB电信号与修正后的RGB电信号之间的映射关系；所述原始RGB电信号为待显示的视频图像的YUV电信号转换得到的RGB电信号；所述修正后的RGB电信号为适配于终端设备的显示特征的RGB电信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述显示特征和归一化后的亮度特征，为每帧视频图像构建映射曲线，包括：
根据所述显示特征和当前帧视频图像归一化后的亮度特征，确定当前帧视频图像的亮度区域的S型映射曲线的函数表达式，及，当前帧视频图像的暗部区域的线性映射直线的函数表达式；
将所述线性映射直线及S型映射曲线组成的分段函数，确定为当前帧视频图像的映射曲线。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述显示特征和当前帧视频图像归一化后的亮度特征，确定当前帧视频图像的亮度区域的S型映射曲线的函数表达式，包括：
从预设的多条标准S型映射曲线中任选一条曲线；
根据预先生成的参数计算公式，计算该曲线的参数值，所述参数计算公式与所述显示特征和当前帧视频图像归一化后的亮度特征相关。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述参数计算公式通过如下方法预先生成，包括：
获取多组显示特征和归一化后的亮度特征，对每组显示特征和归一化后的亮度特征重复执行以下操作，直至输出的S型映射曲线在不同的显示特征和归一化后的亮度特征下，其曲线形态都符合预期曲线形态，将此时的参数计算公式确定为当前标准S型映射曲线的参数计算公式；所述操作包括：
对任一标准S型映射曲线，将一组显示特征和归一化后的亮度特征，代入到预设的参数计算公式中，得到一组参数值；
将所述参数值代入到当前标准S型映射曲线的函数表达式中，输出一条S型映射曲线；
调整所述参数计算公式，直至输出的S型映射曲线的曲线形态符合预期曲线形态的S型映射曲线的曲线形态。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据预先生成的参数计算公式，计算该曲线的参数值，包括：
若选取的标准S型映射曲线的函数表达式为：
F(L)＝((mp*L)/((mp-1)*L+1))3.2+deltaM(1)，L表示原始RGB电信号归一化后的像素值，L＝i/255，F(L)表示修正后的RGB电信号归一化后的像素值；且，所述亮度特征至少包括：亮度强度、平均亮度、亮部区域和暗部区域两者之间的分界值，所述显示特征至少包括：最大屏幕亮度、最小屏幕亮度及屏幕分辨率，则：
根据如下公式(3)求解参数mp的具体值：
Figure FDA0003936448650000021
strengthL’表示归一化后的亮度强度，mpMax表示mp的上限值；
根据如下公式(5)求解参数deltaM：
Figure FDA0003936448650000022
MinDisplay表示最小屏幕亮度，RegionD’表示归一化后的亮部区域和暗部区域两者之间的分界值，EOTF709()表示电光转换函数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据如下公式(2)求解参数mp的上限值mpMax：
Figure FDA0003936448650000031
MaxDisplay表示最大屏幕亮度；
和/或，
根据如下公式(4)求解参数mp的补偿值△mp：
Figure FDA0003936448650000032
AvergLuma’表示归一化后的平均亮度；
并将mp的具体值更新为：
Figure FDA0003936448650000033
AvergLuma’表示归一化后的平均亮度。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据预先生成的参数计算公式，计算该曲线的参数值，包括：
若选取的标准S型映射曲线的函数表达式为：
F(L)＝(3+deltaP)*L2*(1-L)2+p*L3*(1-L)+L4(6)，L表示原始RGB电信号归一化后的像素值，F(L)表示修正后的RGB电信号归一化后的像素值；且，所述亮度特征至少包括：亮度强度、平均亮度、亮部区域和暗部区域两者之间的分界值，所述显示特征至少包括：最大屏幕亮度、最小屏幕亮度及屏幕分辨率，则：
根据如下公式(8)求解参数p的具体值：
Figure FDA0003936448650000034
strengthL’表示归一化后的亮度强度，pMax表示p的上限值；
根据如下公式(10)求解参数deltaP：
Figure FDA0003936448650000035
MinDisplay表示最小屏幕亮度，RegionD’表示归一化后的亮部区域和暗部区域两者之间的分界值，EOTF709()表示电光转换函数。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据如下公式(7)求解参数p的上限值pMax：
Figure FDA0003936448650000041
MaxDisplay表示最大屏幕亮度；
和/或，
根据如下公式(9)求解参数p的补偿值：
Figure FDA0003936448650000042
AvergLuma’表示归一化后的平均亮度；
并将p的具体值更新为：
Figure FDA0003936448650000043
9.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述亮度特征包括：亮部区域和暗部区域两者之间的分界值，所述根据所述显示特征和当前帧视频图像归一化后的亮度特征，确定当前帧视频图像的暗部区域的线性映射直线的函数表达式，包括：
根据所述显示特征，确定所述线性映射直线的斜率的极限值；
确定所述S型映射曲线上，归一化后的所述分界值所对应的纵坐标；
将所述纵坐标与归一化后的所述分界值的比值确定为参考斜率；
比较所述斜率的极限值与参考斜率的大小，将两者的最小值确定为所述线性映射直线的斜率；
根据所述斜率，及，归一化后的所述分界值，确定当前帧视频图像的暗部区域的线性映射直线的函数表达式。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述显示特征包括：最大屏幕亮度、最小屏幕亮度，所述根据所述显示特征，确定所述线性映射直线的斜率的极限值，包括：
计算所述最大屏幕亮度的倒数，与，预设固定常数的乘积；
求所述乘积的预设次幂，并将所得结果确定为所述线性映射直线的斜率的极限值，所述预设次幂与所述最小屏幕亮度相关。
11.根据权利要求1～10任一项所述的方法，其特征在于，所述亮度特征至少包括：亮度强度、平均亮度、亮部区域和暗部区域两者之间的分界值，所述显示特征包括：屏幕分辨率，所述对待显示的标准动态范围视频，计算每帧视频图像的亮度特征，包括：
计算每帧视频图像的亮度分量Y的直方图分布HistY，并确定所述直方图分布HistY的中灰值；
统计所述直方图分布HistY中，亮度值大于所述中灰值的像素点的期望，记为所述亮度强度；
和/或，
根据预设电光转换函数，将视频图像的电信号转换为光信号；
计算光信号的所有亮度值与各自对应的像素数量的乘积之和；
将所述乘积之和所述屏幕分辨率的比值，确定为所述平均亮度；
和/或，
统计所述直方图分布HistY中，亮度值介于零和中灰值之间的像素的期望，记为平均暗度；
计算平均暗度与中灰值的平均值，并将所述平均值确定为所述亮部区域和暗部区域两者之间的分界值。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述确定所述直方图分布HistY的中灰值，包括：
将所述直方图分布HistY的中灰值取为固定值；或者，
将所述直方图分布HistY中亮度最大值和亮度最小值两者乘积的平方根确定为所述直方图分布HistY的中灰值。
13.一种视频显示方法，其特征在于，包括：
对待显示的标准动态范围视频，根据预设的电信号转换函数，将每帧视频图像的YUV电信号转换为原始RGB电信号；
根据映射曲线，将所述原始RGB电信号映射为修正后的RGB电信号，所述映射曲线为根据权利要求1～12任一项所述的方法构建的映射曲线；
根据预设的电光转换函数，将所述修正后的RGB电信号转换为适配于终端设备显示特征的RGB光信号。
14.一种视频数据处理装置，其特征在于，包括：
计算模块，用于对待显示的标准动态范围视频，计算每帧视频图像的亮度特征；
获取模块，用于获取终端设备的显示特征；
归一化模块，用于对所述亮度特征归一化处理，得到归一化后的亮度特征；
构建模块，用于根据所述显示特征和归一化后的亮度特征，为每帧视频图像构建映射曲线，所述映射曲线用于表征原始RGB电信号与修正后的RGB电信号之间的映射关系；所述原始RGB电信号为待显示的视频图像的YUV电信号转换得到的RGB电信号；所述修正后的RGB电信号为适配于终端设备的显示特征的RGB电信号。
15.一种视频显示装置，其特征在于，包括：
第一转换模块，用于对待显示的标准动态范围视频，根据预设的电信号转换函数，将每帧视频图像的YUV电信号转换为原始RGB电信号；
映射模块，用于根据映射曲线，将所述原始RGB电信号映射为修正后的RGB电信号，所述映射曲线为根据权利要求1～12任一项所述的视频数据处理方法构建的映射曲线；
第二转换模块，用于根据预设的电光转换函数，将所述修正后的RGB电信号转换为适配于终端设备显示特征的RGB光信号。
16.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-13中任一项所述的方法。
17.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使计算机执行权利要求1-13中任一项所述的方法。
18.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序在被处理器执行时实现权利要求1-13中任一项所述的方法。
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